DE10155898A1

DE10155898A1 - Inductive component and method for its production

Info

Publication number: DE10155898A1
Application number: DE10155898A
Authority: DE
Inventors: Markus Brunner
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-05-28
Also published as: DE50213224D1; US20040074564A1; US7230514B2; JP2005510049A; EP1444706B1; EP1444706A1; WO2003043033A1

Abstract

The invention concerns an inductive component (10; 20; 30) having at least a winding (12; 22; 32) and a magnetic core (11; 21; 31) made of a powder ferromagnetic composite material. The invention is characterized in that said powder ferromagnetic composite material contains a mixture consisting of alloy powders comprising powder particles having form anisotropy and powder particles having form isotropy, as well as a casting resin.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff. The invention relates to an inductive component at least one winding and a soft magnetic core a ferromagnetic powder composite.

Weichmagnetische Pulverwerkstoffe als gepresste Magnetkerne oder als gegossene oder spritzgegossene Magnetkerne sind seit langem bekannt. Als für diese Anwendung geeignete Legierungen kommen Eisenpulver, Eisenlegierungspulver wie insbesondere FeSi oder FeAlSi-Legierungen sowie verschiedene NiFe- Legierungen infrage. Soft magnetic powder materials as pressed magnetic cores or as cast or injection molded magnetic cores have been around known for a long time. Alloys suitable for this application come iron powder, iron alloy powder such as in particular FeSi or FeAlSi alloys as well as various NiFe Alloys in question.

Neben diesen kristallinen Legierungen werden bekannterweise auch amorphe oder nanokristalline Legierungen auf Fe- oder Co-Basis verwendet. In addition to these crystalline alloys are known to also amorphous or nanocrystalline alloys on Fe or Co-base used.

Beispielsweise aus der JP 321934, JP 321935, JP 321936, JP 321933, JP 137431 oder der JP 00590501 sind kunststoffgebundene Verbundwerkstoffe aus weichmagnetischen Materialien und thermoplastischen bzw. duroplastischen Werkstoffen bekannt, die als Pressteil, Spritzgussteil oder als druckloser Guss verarbeitet werden. Die Verwendung von formanisotropen magnetischen Partikeln und das Herstellen von Verbundteilen erhöhter Permeabiltät aus diesen Partikeln unter Ausrichtung der Partikel durch Anwendung von Druck, gerichtetem Fliesen sowie äußeren magnetischen Feldern ist beispielsweise in der JP 240635, JP 55061706, JP 181177, JP 11240635, JP 06309059 oder JP 10092585 beschrieben. For example from JP 321934, JP 321935, JP 321936, JP 321933, JP 137431 or JP 00590501 plastic-bonded composite materials made of soft magnetic materials and thermoplastic or thermosetting materials known, those as pressed parts, injection molded parts or as pressureless castings are processed. The use of shape anisotropic magnetic particles and the manufacture of composite parts increased permeability from these particles while aligning the Particles from pressure, directional tiling, and external magnetic fields is for example in JP 240635, JP 55061706, JP 181177, JP 11240635, JP 06309059 or JP 10092585.

Die Verwendung von magnetischen Pulvern in Kombination mit feinsten keramischen Partikeln als isolierende Abstandshalter ist in der JP 241658 offenbart. Die Verwendung von magnetischen Pulvern deutlich unterschiedlicher Partikelgröße (2-3 Fraktionen) zur Optimierung der Packungsdichte bei drucklosem Verguss ist der JP 11101906, JP 242400 oder JP 11218256 zu entnehmen. Aus der DE 33 34 827 oder DE 24 52 252 ist es bekannt, eine Spule mit einer weichmagnetisches Material enthaltenen Masse zu umgießen. Schließlich lehrt die JP 05022393 die Verwendung von Legierungspulvern unterschiedlicher Duktilität zur Optimierung der Pressdichten. The use of magnetic powders in combination with finest ceramic particles as insulating spacers is disclosed in JP 241658. The use of magnetic powders of significantly different particle sizes (2-3 Fractions) to optimize the packing density with unpressurized Potting is JP 11101906, JP 242400 or JP 11218256 too remove. From DE 33 34 827 or DE 24 52 252 it is known a coil with a soft magnetic material encapsulate contained mass. Finally, JP 05022393 teaches the use of different alloy powders Ductility to optimize the press densities.

Für den Einsatz als Drosselwerkstoff ist es wünschenswert Magnetkerne hoher Permeabilität (µ > 40) und Gleichstromvorbelastbarkeit (B₀ > 0,2 T) herzustellen. Die Gleichstromvorbelastbarkeit ist ein Maß für die im Magnetwerkstoff gespeicherte Energie(Zur Definition der Gleichstromvorbelastbarkeit siehe R. Boll: "Weichmagnetische Werkstoffe" Siemens AG, 1990 S. 114f). For use as a choke material, it is desirable to manufacture magnetic cores with high permeability (µ> 40) and DC current load capacity (B ₀ > 0.2 T). The DC current load capacity is a measure of the energy stored in the magnetic material (for the definition of the DC current load capacity see R. Boll: "Soft Magnetic Materials" Siemens AG, 1990 p. 114f).

Der übliche Fertigungsweg ist das Pressen von Kernen in entsprechenden Werkzeugen zum Beispiel mit Ringkern- oder E- Kern-Form. Zum Verdichten der Magnetpulverlegierungen sind dabei Drücke im Bereich von ca. 5-15 t/cm² erforderlich. Im Anschluss an die Formgebung ist bei den meisten Legierungen eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich oberhalb 500°C zur Wiederherstellung der guten weichmagnetischen Eigenschaften erforderlich. Diese beiden Verfahrensschritte, die Formgebung unter hohem Druck und die anschließende Wärmebehandlung - machen es praktisch unmöglich, auf diesen Wege Bauelemente mit einer vom Magnetmaterial umhüllten Spule herzustellen. The usual way of production is the pressing of cores in appropriate tools, for example with toroidal or E-core shape. Pressures in the range of approx. 5-15 t / cm ^{2 are} required to compact the magnetic powder alloys. After the shaping, most alloys require a heat treatment in the temperature range above 500 ° C to restore the good soft magnetic properties. These two process steps, the shaping under high pressure and the subsequent heat treatment - make it practically impossible to manufacture components with a coil encased by the magnetic material in this way.

Für die Fertigung solcher Bauelemente eignet sich praktisch ausschließlich ein Gieß- oder Spritzgießverfahren. Mit derartigen Verfahren werden jedoch nur vergleichsweise niedrige Packungsdichten im Bereich vom maximal 70 Volumenprozent Magnetmaterial erreicht. Damit verbunden sind typische Permeabilitäten des Werkstoffes im Bereich um ca. 10-20. Practically suitable for the production of such components exclusively a casting or injection molding process. With however, such procedures only become comparatively low Packing densities in the range of up to 70 percent by volume Magnetic material reached. Associated are typical Permeabilities of the material in the range of approx. 10-20.

Um hier die Permeabilität zu erhöhen, ist es möglich, durch Pulvermischungen mit Pulverpartikeln unterschiedlichen Durchmessers eine Erhöhung der Packungsdichte und damit eine Verringerung des effektiven Luftspaltes zwischen den Einzelpartikeln zu erreichen. Durch diese Maßnahme lassen sich jedoch auch nur Permeabilitäten bis ca. 40 errreichen. To increase the permeability here, it is possible to Powder mixtures with different powder particles Diameter an increase in the packing density and thus one Reduction of the effective air gap between the To reach individual particles. This measure can, however also only reach permeabilities up to approx. 40.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von formanisotropen Partikeln und anschließender Ausrichtung im Magnetfeld hier lassen sich die effektiven Luftspalte zwischen den Einzelpartikeln durch die große Überlappung der Partikel zum Teil kompensieren. Another possibility is the use of shape anisotropic Particles and subsequent alignment in the magnetic field here the effective air gaps between the Individual particles due to the large overlap of the particles compensate.

Der letzten Variante sind jedoch auch enge Grenzen gesetzt, da zum einen die Fließfähigkeit der Mischung sichergestellt werden muss und zum anderen die Ausrichtung der formanisotropen Partikeln im Magnetfeld nicht sehr effektiv gestaltet werden kann. Die Kraftwirkung, die durch ein äußeres magnetisches Feld an den Partikeln erzielt werden kann, ist äußerst begrenzt, da lediglich die Formanisotropie der Partikel zum Ausrichten verwendet werden kann. However, the last variant also has narrow limits, on the one hand, the fluidity of the mixture is ensured and the orientation of the shape-anisotropic particles in the magnetic field are not designed very effectively can be. The action of force by an external magnetic field can be achieved on the particles is extremely limited, since only the shape anisotropy of the particles to Alignment can be used.

Diese Ausrichtung ist bei weitem nicht so effektiv wie die zum Beispiel bei Dauermagnetlegierungen mögliche Ausrichtung über die Kristallanisotropie der Magnetpulverpartikel. Dies hat zur Konsequenz, dass eine Ausrichtung formanisotroper Partikel durch magnetische Felder in hochviskosen Spritzgussmassen praktisch unmöglich wird und in Gießmassen mit vergleichsweise niederviskosen Gießharzen nur eine sehr mäßige Ausrichtung der Pulverpartikel erreicht werden kann. Über den größten Teil des Bauelementevolumens sind daher diese formanisotropen Partikel auch nach der Ausrichtung durch magnetische Felder quasi statisch verteilt. Es ist dabei nicht zu vermeiden, dass sich auch ein merklicher Anteil der Magnetpulverpartikel mit seiner Flächennormalen parallel zur Magnetisierungsrichtung im Bauelement stellt und somit zur Magnetisierung im Bauelement praktisch nicht mehr beiträgt. This alignment is nowhere near as effective as that Possible alignment for example with permanent magnet alloys about the crystal anisotropy of the magnetic powder particles. This has the consequence that an alignment is form anisotropic Particles from magnetic fields in highly viscous Injection molding compounds becomes practically impossible and with molding compounds comparatively low-viscosity casting resins only a very moderate one Alignment of the powder particles can be achieved. On the Most of the component volume is therefore these shape anisotropic particles even after alignment magnetic fields distributed almost statically. It is not too avoid that a noticeable portion of the Magnetic particle with its surface normal parallel to Magnetization direction in the component and thus Magnetization in the component practically no longer contributes.

Dieser Verlust an magnetisierbarem Material macht sich insbesondere in der erreichen Sättigungsinduktion bzw. Gleichfeldvorbelastbarkeit bei Verwendung von formanisotropen Partikeln in Magnetpulvermischungen bemerkbar. Es werden zwar vergleichsweise hohe Permeabilitäten bis in den Bereich von mehreren Hundert erreicht, die Gleichfeldvorbelastbarkeit bleibt jedoch sehr begrenzt (typischerweise < 0,2 T). This loss of magnetizable material is compounded especially in the achieved saturation induction or DC field preloading when using shape anisotropic particles noticeable in magnetic powder mixtures. It will be comparatively high permeabilities in the range of reached several hundred, the DC field resilience remains however very limited (typically <0.2 T).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein induktives Bauelement sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung anzugeben, dass eine Umhüllung vorgefertigter Spulen mit weichmagnetischem Material erlaubt, wobei dieses Material vergleichsweise hohe Permeabilitäten (µ > 40) bzw. eine hohe Gleichfeldvorbelastbarkeit (B₀ > 0,3 T) zulässt. It is therefore an object of the invention to provide an inductive component and a method for its production which allow the sheathing of prefabricated coils with soft magnetic material, this material having comparatively high permeabilities (μ> 40) or a high constant field preload (B ₀ > 0, 3 T).

Die Aufgabe wird durch ein induktives Bauelement gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren zur dessen Herstellung gemäß Patentansprüchen 18 und 19 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen. The task is accomplished by an inductive component Claim 1 or a method for its production solved according to claims 18 and 19. Configurations and Developments of the inventive concept are the subject of Dependent claims.

Vorteil der Erfindung ist es, dass induktive Bauelemente mit universeller Formgebung und hoher Packungsdichte bei hoher Permeabilität (µ > 40) und hoher Gleichfeldvorbelastbarkeit B₀ > 0,3 T) geschaffen werden können. It is an advantage of the invention that inductive components with a universal shape and high packing density with high permeability (μ> 40) and high DC field load capacity B ₀ > 0.3 T) can be created.

Erreicht wird dies im einzelnen bei einem induktiven Bauelement der eingangs genannten Art dadurch, dass der ferromagnetische Pulververbundwerkstoff eine Legierungspulvermischung aus je einem Legierungspulver mit formanisotropen sowie einem Legierungspulver mit formisotropen Pulverpartikeln und ein Gießharz aufweist. This is achieved in detail with an inductive one Component of the type mentioned in that the ferromagnetic powder composite an alloy powder mixture one alloy powder each with shape anisotropic and one Alloy powder with formisotropic powder particles and a Has cast resin.

Die Legierungspulvermischung weist dabei bevorzugt eine Koerzitivfeldstärke von kleiner 150 mA/cm, eine Sättigungsmagnetostriktion und eine Kristallanisotropie von annähernd Null, eine Sättigungsinduktion > 0,7 T sowie einen spezifischen elektrischen Widerstand von größer 0,4 Ohm.mm²/m auf. Die formanisotropen Pulverpartikel können dabei sowohl Flakes aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen al auch elliptische Teile aus kristallinen Legierungen mit einem Aspektverhältnis größer 1,5 umfassen. Bevorzugt haben die formanisotropen Pulverpartikel dabei einen Partikeldurchmesser von 30-200 µm. Sowohl die formanisotropen als auch die formisotropen Pulverpartikel können darüber hinaus oberflächenisoliert sein. Die Oberflächenisolierung kann beispielsweise durch Oxidation und/oder durch Behandlung mit Phosphorsäure erzeugt werden. The alloy powder mixture preferably has a coercive field strength of less than 150 mA / cm, a saturation magnetostriction and a crystal anisotropy of almost zero, a saturation induction> 0.7 T and a specific electrical resistance of more than 0.4 ohm.mm ² / m. The shape-anisotropic powder particles can include flakes made of amorphous or nanocrystalline alloys and elliptical parts made of crystalline alloys with an aspect ratio greater than 1.5. The shape-anisotropic powder particles preferably have a particle diameter of 30-200 μm. Both the shape-anisotropic and the shape-isotropic powder particles can also be surface-insulated. The surface insulation can be produced, for example, by oxidation and / or by treatment with phosphoric acid.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierungspulvermischung neben dem anisotropen Legierungspulver zwei formisotrope Legierungspulver aufweist, von denen ein Legierungspulver grobe Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 30-200 µm und das andere Legierungspulver feine Partikel mit einem Partikeldurchmesser unter 10 µm aufweist. Der Anteil von Legierungspulver mit formanistropen Partikeln 5-65 Volumenprozent, dass Legierungspulver mit groben formisotropen Partikeln 5-65 Volumenprozent und das Legierungspulver mit feinen formisotropen Partikeln 25-30 Volumenprozent der Legierungspulvermischung beträgt. In a further development of the invention, it is provided that the alloy powder mixture has, in addition to the anisotropic alloy powder, two formisotropic alloy powders, one of which has coarse particles with a particle diameter of 30-200 μm and the other alloy powder has fine particles with a particle diameter of less than 10 μm. The proportion of alloy powder with formanistropic particles is 5-65 percent by volume, that alloy powder with coarse formisotropic particles is 5-65 percent by volume and the alloy powder with fine formisotropic particles is 25-30 percent by volume of the alloy powder mixture.

Die formisotropen Pulverpartikel können Carbonyleisen enthalten. Die formanisotropen Pulverpartikel können FeSi- Legierungen und/oder FeAlSi-Legierungen und/oder FeNi- Legierungen und/oder amorphe oder nanokristalline Fe- oder Co-Basis-Legierungen enthalten. The form-isotropic powder particles can carbonyl iron contain. The shape-anisotropic powder particles can FeSi- Alloys and / or FeAlSi alloys and / or FeNi- Alloys and / or amorphous or nanocrystalline Fe or Co-base alloys included.

Vorzugsweise weist das Gießharz eine Viskosität kleiner 50 mPas im unausgehärteten Zustand und eine Daueranwendungstemperatur von mehr als 150°C im ausgehärteten Zustand auf. Als Gießharz kommt beispielsweise ein Harz aus der Gruppe der Epoxide, der epoxidierten Polyurethane, der Polyamide sowie der Methacrylatester infrage. The casting resin preferably has a viscosity lower 50 mPas in the uncured state and one Continuous application temperature of more than 150 ° C in the hardened state. A resin from the group of, for example, comes as the casting resin Epoxies, the epoxidized polyurethanes, the polyamides as well the methacrylate ester in question.

Der Anteil der Legierungspulvermischung liegt vorzugsweise bei 70-75 Volumenprozent, der Anteil des Gießharzes bei 25-30 Volumenprozent. Der Pulververbundwerkstoff kann zudem einen Zusatz von Fließhilfsmitteln beispielsweise auf Kieselsäurebasis enthalten. The proportion of the alloy powder mixture is preferably at 70-75 percent by volume, the proportion of the casting resin at 25-30 percent by volume. The powder composite can also an addition of flow aids, for example Contain silica base.

Schließlich kann das induktive Bauelement ein Gehäuse aufweisen. Finally, the inductive component can be a housing exhibit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff ist in einer ersten Ausführungsform durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

a) Bereitstellen einer Form, einer Legierungspulvermischung und einer Gießharzformulierung;
b) Befüllen der Form mit der Legierungspulvermischung;
c) Einfüllen der Gießharzformulierung in die Form; und
d) Aushärten der Gießharzformulierung.

The method according to the invention for producing an inductive component with at least one winding and a soft magnetic core made of a ferromagnetic powder composite material is characterized in a first embodiment by the following steps:

a) providing a mold, an alloy powder mixture and a cast resin formulation;
b) filling the mold with the alloy powder mixture;
c) filling the cast resin formulation into the mold; and
d) curing the cast resin formulation.

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements mit zumindest einer Wicklung und einem weichmagnetischen Kern aus einem ferromagnetischen Pulververbundwerkstoff durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Bereitstellen einer Form, einer Legierungspulvermischung und einer Gießharzformulierung;
b) Vermischen der Legierungspulvermischung und der Gießharzformulierung zu einer Gießharzpulverformulierung;
c) Einfüllen der Gießharzpulverformulierung in die Form; und
d) Aushärten der Gießharzpulverformulierung.

In an alternative embodiment of the present invention, the method for producing an inductive component with at least one winding and a soft magnetic core made of a ferromagnetic powder composite is characterized by the following steps:

a) providing a mold, an alloy powder mixture and a cast resin formulation;
b) mixing the alloy powder mixture and the cast resin formulation into a cast resin powder formulation;
c) filling the cast resin powder formulation into the mold; and
d) curing the cast resin powder formulation.

Durch diese Vorgehensweise wird im Unterschied zum Spritzgussverfahren vermieden, dass die Pulverpartikel einer mechanischen Belastung beim Herstellungsprozess ausgesetzt werden. Des weiteren wird auch insbesondere bei Verwendung einer mit einer vorgefertigten Wicklungen bestückten Form, die auf den Wicklungsdrähten aufgebrachte Isolationsschicht nicht beschädigt, da das Einfüllen der möglichst niedrigviskosen Gießharzformulierung bzw. Gießharzpulver-Formulierung in die Form aufgrund des sanften Einleitens der Formulierungen diese nicht beschädigt. Besonders bevorzugt sind Gießharzformulierungen mit Viskositäten von einigen wenigen Millipascalsekunden. In contrast to Injection molding avoided the powder particles one mechanical stress during the manufacturing process. Furthermore, especially when using a a prefabricated form of windings, which on the Insulation layer not applied to winding wires damaged because the filling of the lowest possible viscosity Cast resin formulation or cast resin powder formulation in the mold due to the gentle introduction of the formulations not damaged. Are particularly preferred Cast resin formulations with viscosities of a few Milli Pascal seconds.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, insbesondere beim Erzielen von großen Füllhöhen in der Form, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Legierungspulvermischung bereits vor dem Einfüllen in die Form mit der Gießharzformulierung vermischt wird. Bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann mit einem kleinen Überschuss an Gießharz gearbeitet werden, der die Fließfähigkeit der dann hergestellten Gießharzpulver-Formulierung begünstigt. Beim Einfüllen in die Form wird dann die Form durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise einem Pressluftvibrator in Schwingungen versetzt, was dazu führt, dass die Gießharzpulverformulierung gut durchmengt wird. Gleichzeitig wird die Gießharzpulverformulierung entgast. In a further embodiment of the present invention, especially when achieving large filling levels in the mold, it has proven particularly advantageous that the Alloy powder mixture before filling into the mold is mixed with the cast resin formulation. At this Embodiment of the present invention can be done with a small Excess resin is worked, which the Flowability of the cast resin powder formulation then produced favored. When filling in the form, the form is then through a suitable device, for example a Pneumatic vibrator vibrates, which causes the Casting resin powder formulation is well mixed. simultaneously the cast resin powder formulation is degassed.

Da das Legierungspulver im Vergleich zum Gießharz eine sehr hohe Dichte aufweist, setzt sich das Legierungspulver in der Form problemlos ab, so dass der verwendete Gießharzüberschuss beispielsweise in einem Anguss gesammelt werden kann, welcher nach dem Aushärten des Pulververbundwerkstoffs entfernt werden kann. Since the alloy powder is a very compared to the casting resin has high density, the alloy powder settles in the Mold easily, so that the used resin excess for example, can be collected in a sprue, which removed after curing of the powder composite can be.

Durch die Verwendung von Formen, die mit vorgefertigten Wicklungen bereits bestückt sind, können in einem Arbeitsgang induktive Bauelemente hergestellt, werden, ohne dass später das sehr arbeitsaufwendige "Bewickeln" oder Aufbringen von vorgefertigten Wicklungen auf Teilkerne und anschließendes Zusammensetzen der Teilkerne zu Gesamtkernen erforderlich wäre. By using shapes that are pre-made with Windings that are already assembled can be processed in one operation inductive components are manufactured without the later very labor-intensive "winding" or application of prefabricated windings on partial cores and subsequent Assembling the partial cores to form total cores would be required.

In einer bevorzugen Ausführungsform der Erfindung wird die Form, die mit dem Legierungspulver und der Gießharz- Formulierung befüllt wird oder die bereits mit einer vorgefertigten Gießharzpulverformulierung befüllt wird, als Gehäuse des induktiven Bauelements "weiterverwendet". Das heißt, dass in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Form als "verlorene Schalung" dient. Durch diese Vorgehensweise wird ein besonders effektives und kostengünstiges Verfahren bereitgestellt, das insbesondere auch im Gegensatz zu Spritzgussverfahren erhebliche Vereinfachungen bringt. Bei dem eingangs erwähnten Spritzgussverfahren ist immer eine Form, die noch dazu sehr aufwendig und teuer herzustellen ist, notwendig, die niemals als "verlorene Schalung" dienen kann. In a preferred embodiment of the invention, the Shape that with the alloy powder and the cast resin Formulation is filled or already with a prefabricated cast resin powder formulation is filled as Housing of the inductive component "reused". This means, that in this embodiment of the present invention the Form serves as "lost formwork". Through this The procedure becomes a particularly effective and cost-effective one Method provided, in particular also in contrast to Injection molding process brings significant simplifications. at the injection molding process mentioned at the beginning is always one Form, which is also very complex and expensive to manufacture is necessary, which never serve as "lost formwork" can.

Bei den Spritzgussverfahren muss immer das hergestellte Bauelement bzw. der hergestellte weichmagnetische Kern aus Pulververbundwerkstoff aufwendig aus der Form entformt werden, was zu längeren Produktionszeiten führt. The injection molding process must always be the manufactured one Component or the soft magnetic core produced Complex powder material can be removed from the mold, which leads to longer production times.

Als Gießharzformulierungen werden typischerweise Polymerbausteine, die mit einem Polymerisationsinitiator (Starter) vermengt sind, verwendet. Insbesondere kommen als Polymerbausteine Methacrylsäuremethylester in Betracht. Es sind jedoch auch andere Polymerbausteine denkbar, beispielsweise Lactame. Die Methacrylsäuremethylester werden beim Aushärten dann zu Polyacryl polymerisiert. Analog werden die Lactame über eine Polyadditionsreaktion zu Polyamiden polymerisiert. As cast resin formulations are typically Polymer building blocks with a polymerization initiator (starter) are mixed, used. In particular come as Polymer building blocks into methyl methacrylate. However, there are other polymer building blocks are also conceivable, for example lactams. The methacrylic acid methyl esters then become during curing Polymerized polyacrylic. The lactams are analogous via a Polyaddition reaction polymerized to polyamides.

Als Polymerisationsinitiatoren kommen Dibenzoylperoxid oder auch beispielsweise 2,2'-Azo-Isobuttersäure-dinitril in Betracht. Dibenzoyl peroxide or come as polymerization initiators also for example 2,2'-azo-isobutyric acid dinitrile in Consideration.

Es sind jedoch auch andere Polymerisationprozesse der bekannten Gießharze möglich, beispielsweise Polymerisationen, die über Licht- oder UV-Strahlung ausgelöst werden, das heißt also weitgehend ohne Polymerisationsinitiatoren auskommen. However, there are other polymerization processes known casting resins possible, for example polymerizations triggered by light or UV radiation, that is largely without polymerization initiators.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Pulverpartikel während und/oder nach dem Befüllen der Form mit der Legierungspulvermischung durch Anlegen eines Magnetfeldes ausgerichtet. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Formen, die bereits mit einer Wicklung bestückt sind, durch Durchleiten eines Stroms durch die Wicklung und den damit einhergehenden Magnetfeld geschehen. Durch dieses Anlegen von Magnetfelder, die zweckmäßigerweise Feldstärken von mehr als 10 A/cm aufweisen, werden die Pulverpartikel ausgerichtet. In a particularly preferred embodiment, the Powder particles during and / or after filling the mold with the alloy powder mixture by applying a Magnetic field aligned. This can be particularly the case with Use of shapes that are already equipped with a winding are, by passing a current through the winding and the associated magnetic field happen. Because of this Application of magnetic fields, which are expediently field strengths of more than 10 A / cm, the powder particles aligned.

Insbesondere ist es von Vorteil, die Pulverpartikel, die formanisotrop sind, entlang der Magnetfeldlinien, die im später betriebenen induktiven Bauelement vorliegen, auszurichten. Durch die Ausrichtung der Pulverpartikel mit ihrer "langen" Achse parallel zu den Magnetfeldlinien kann eine starke Absenkung der Verluste und eine Erhöhung der Permeabilität des weichmagnetischen Kerns und damit der Induktivität des induktiven Bauelementes erzielt werden. In particular, it is advantageous to use the powder particles are shape-anisotropic, along the magnetic field lines, which later in operated inductive component are present to align. By aligning the powder particles with their "long" Axis parallel to the magnetic field lines can be a strong one Lowering losses and increasing permeability of the soft magnetic core and thus the inductance of the inductive component can be achieved.

Im Fall der Verwendung einer Gießharzpulverformulierung ist es zum Erzielen höherer Permeabilitäten des weichmagnetischen Kerns von Vorteil bereits beim Einfüllen der Gießharzpulverformulierung mit der in der Form liegenden Spule ein Magnetfeld zu erzeugen, welches zu einer Orientierung der formanisotropen Pulverpartikel in Richtung des magnetischen Flusses wirkt. Nachdem die Form vollständig gefüllt ist, wird diese zunächst in Schwingungen versetzt, was wiederum beispielsweise durch den oben erwähnten Pressluftvibrator erfolgen kann und anschließend der Magnetisierungsstrom abgeschaltet. Nach der endgültigen Aushärtung der Gießharzformulierung wird dann das resultierende induktive Bauelement entformt. In the case of using a cast resin powder formulation it to achieve higher permeabilities of the soft magnetic Kerns already beneficial when filling the Casting resin powder formulation with the coil lying in the mold To generate a magnetic field, which leads to an orientation of the shape anisotropic powder particles in the direction of the magnetic flux acts. After the mold is completely filled, it becomes initially vibrated, which in turn for example, by the compressed air vibrator mentioned above and then turned off the magnetizing current. To The final curing of the cast resin formulation is then the resulting inductive component is demolded.

Schließlich erfolgt während und/oder nach dem Befüllen der Form mit der Legierungspulvermischung, Gießharzformulierung bzw. Gießharzpulverformulierung durch Rütteln ein Verdichten bzw. eine Sedimentation der Legierungspulvermischung. Finally takes place during and / or after filling the Mold with the alloy powder mixture, cast resin formulation or cast resin powder formulation by shaking a compaction or sedimentation of the alloy powder mixture.

Obwohl bereits einzelne erfindungsgemäße Maßnahmen die Eigenschaften induktiver Bauelemente der eingangsgenannten Art deutlich verbessern, sind Kombinationen verschiedener Maßnahmen besonders vorteilhaft. So lässt sich durch das zu wählende Mischungsverhältnis zwischen dem isotropen und anisotropen Anteil die erreichbare Permeabilität bzw. die erreichbare Gleichfeldvorbelastbarkeit steuern. Als formanisotrope Pulverpartikel lassen sich beispielsweise Flakes aus amorphen, nanokristallinen oder kristallinen Legierungen einsetzen sowie elliptische Partikel mit Aspektverhältnissen größer 1,5, wie sie beispielsweise durch entsprechend angepasste Gasverdüsungsverfahren erzeugt werden können. Als isotrope Mischungskomponente bietet sich beispielsweise der Einsatz von Carbonyleisenpulvern an. Diese Pulver sind vorzugsweise oberflächenisoliert, so dass neben der Flussführung durch die feinen Magnetpulverpartikel zusätzlich ein isolierender Effekt in der Pulvermischung auftritt. Diese feinen Pulverpartikel wirken in der Mischung als elektrisch isolierende Abstandshalter zwischen den größeren formanisotropen Pulverpartikeln. Although individual measures according to the invention already Properties of inductive components of the type mentioned combinations are significantly different Measures particularly advantageous. So this can be done through select mixing ratio between the isotropic and anisotropic Share the achievable permeability or the achievable Control constant field preload. As shape anisotropic For example, powder particles can be made from amorphous, Use nanocrystalline or crystalline alloys as well as elliptical particles with aspect ratios greater than 1.5, as for example through appropriately adapted Gas atomization processes can be generated. As isotropic Mixing component, for example, offers the use of Carbonyl iron powders. These powders are preferred surface insulated, so that in addition to the flow through the fine magnetic powder particles also an insulating Effect occurs in the powder mixture. This fine Powder particles act as electrically insulating in the mixture Spacers between the larger shape anisotropic Powder particles.

Noch bessere Eigenschaften als beim Einsatz dieser binären Metallpulvermischungen werden durch die Verwendung ternärer Magnetpulvermischungen erreicht. Dazu wird vorzugsweise eine Kombination aus einerseits gröberen formanisotropen Pulverpartikeln mit Abmessungen im Bereich von 30-200 µm, vorzugsweise 50-200 µm, in der lateralen Ausdehnung und einem Aspektverhältnis von größer 1,5 und andererseits eine zweite isotrope Pulverkomponente mit Partikelndurchmessern im Bereich von 30-200 µm mit sphärischer Partikelform und einer dritten isotropen Pulverkomponente mit Partikelndurchmessern im Bereich unter 10 µm verwendet. Letztere Pulverkomponente besteht vorzugsweise aus oberflächenisoliertem Carbonyleisenpulver. Even better properties than when using this binary Metal powder mixtures are ternary through the use Magnetic powder mixtures reached. This is preferably a Combination of coarser shape anisotropic ones Powder particles with dimensions in the range of 30-200 µm, preferably 50-200 µm, in the lateral dimension and one Aspect ratio greater than 1.5 and on the other hand a second isotropic powder component with particle diameters in Range of 30-200 µm with spherical particle shape and one third isotropic powder component with particle diameters used in the range below 10 µm. The latter powder component consists preferably of surface insulated Carbonyl iron.

Die ternäre Mischung mit gröberen sphärischen Pulverpartikeln zeichnet sich darüber hinaus durch eine deutlich verbesserte Fließfähigkeit der Gießmasse als die zuvor beschriebene binäre Pulvermischung aus Flakes und Feinpulver aus. Außerdem wird die Bewegung der Pulverpartikel im magnetischen Feld durch den erhöhten Anteil gröberer sphärischer Partikel wesentlich erleichtert. Hinsichtlich der gröberen Partikel sowohl der formisotropen als auch der formanisotropen Pulverpartikel ist ein sehr weites Legierungsspektrum anwendbar. Grundvoraussetzung für die Verwendung in dieser Pulvermischung ist eine Legierung mit möglichst niedriger Koerzitivfeldstärke, verschwindend kleiner Sättigungsmagnetostriktion und Kristallanisotropie sowie ein möglichst hoher spezifischer elektrischer Widerstand. Diese Voraussetzungen werden beispielsweise von FeSi-Legierungen, FeAlSi-Legierungspulvern, FeNi-Legierungspulvern sowie den amorphen und nanokristallinen Fe- bzw. Co-Basis-Legierungspulvern erfüllt. Weiterhin ist es wichtig, dass sämtliche erforderlichen Wärmebehandlungsschritte vor der Herstellung des Gießkerns abgeschlossen werden können. Dies ist bei den genannten Legierungen ebenfalls der Fall. The ternary mixture with coarser spherical powder particles is also characterized by a significantly improved Flowability of the casting compound than that previously described binary powder mixture of flakes and fine powder. Moreover is the movement of the powder particles in the magnetic field due to the increased proportion of coarser spherical particles much easier. Regarding the coarser particles both the form isotropic and the form anisotropic Powder particles can be used in a very wide range of alloys. Basic requirement for use in this Powder mixture is an alloy with the lowest possible Coercive force, vanishingly small saturation magnetostriction and crystal anisotropy and the highest possible specific electrical resistance. These requirements will be for example of FeSi alloys, FeAlSi alloy powders, FeNi alloy powders and the amorphous and nanocrystalline Fe or Co-based alloy powders met. It is also important that all necessary Heat treatment steps before the production of the casting core can be completed. This is with the above Alloys are also the case.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauelemente lässt sich beispielsweise eine Magnetpulvermischung aus einer Kombination von 5-65 Volumenprozent formanisotroper Pulverpartikel mit einem Aspektverhältnis größer 1,5 und einer Partikelgröße größer 30 µm als erste Komponente sowie einer gröberen isotropen Pulverkomponente mit Partikelndurchmessern größer 30 µm und einem Anteil von 5-65 Volumenprozent als zweite Komponente sowie die Carbonyleisenpulver mit einem Volumenanteil von 25-30 Volumenprozent als dritte Komponente verwenden. Aus den genannten Einzelkomponenten wird in einem geeigneten Mischer eine homogene Pulvermischung erzeugt. Um eine Aglomeration der Feinpulveranteile zu verhindern, hat sich der Zusatz von Fließhilfsmitteln auf Kieselsäurebasis zu dieser Pulvermischung bewährt. Anschließend erfolgt beispielsweise das Vermischen der so vorbereiteten Magnetpulvermischung mit der für den Verguss vorgesehenen Harzmischung. Die Auswahl der verwendbaren Harze richtet sich dabei sowohl nach den Eigenschaften im ausgehärteten als auch im unausgehärteten Zustand. Verwendbar sind Harze mit Viskositäten kleiner 50 mPas im unausgehärteten Zustand und Dauerwendungstemperaturen oberhalb 150°C im ausgehärteten Zustand. Diese Eigenschaften werden beispielsweise von Harzen aus der Gruppe der Epoxide, der epoxidierten Polyurethane sowie von verschiedenen Methacrylatestern erfüllt. To produce the components according to the invention, for example a magnetic powder mixture from a Combination of 5-65 percent by volume of anisotropic powder particles with an aspect ratio greater than 1.5 and a particle size larger than 30 µm as the first component and a coarser one isotropic powder component with particle diameters larger 30 µm and a share of 5-65 percent by volume as the second Component as well as the carbonyl iron powder with one Volume fraction of 25-30 volume percent as the third component use. From the individual components mentioned in one suitable mixer produces a homogeneous powder mixture. To one Preventing agglomeration of the fine powder components has been found the addition of flow aids based on silica proven this powder mixture. Then follows for example mixing the prepared ones Magnetic powder mixture with the resin mixture intended for potting. The selection of the resins that can be used depends on both according to the properties in the cured as well as in the uncured condition. Resins with viscosities can be used less than 50 mPas in the uncured state and Continuous turning temperatures above 150 ° C in the hardened state. This Resins from the group, for example, have properties epoxies, epoxidized polyurethanes and various methacrylate esters met.

Die Herstellung der gießfähigen Mischung erfolgt dann durch Vermischen von 70-75 Volumenprozent Magnetpulvermischung und 25-30 Volumenprozent eines ausgewählten Harzes. Diese Mischung wird unter Rühren im Vakuum entgast und anschließend in die vorgesehene Vergussform gefüllt. In der Form erfolgt durch mechanisches Rütteln ein Verdichten bzw. eine Sedimentation des Magnetpulvers und gleichzeitig durch ein äußeres magnetisches Feld oder aber durch Bestromen der eingelegten Kupferspule eine Ausrichtung des formanisotropen Anteiles des Magnetpulvers. Im Anschluss an das Ausrichten des formanisotropen Pulveranteils erfolgt die Aushärtung der Harze bei erhöhter Temperatur. The pourable mixture is then produced by Mix 70-75 volume percent magnetic powder mixture and 25-30 percent by volume of a selected resin. This Mixture is degassed with stirring in vacuo and then filled into the intended casting mold. In the form by mechanical shaking a compression or a Sedimentation of the magnetic powder and at the same time by an external one magnetic field or by energizing the inserted Copper coil an alignment of the shape anisotropic portion of the Magnetic powder. Following the alignment of the in the form of anisotropic powder, the resins are cured elevated temperature.

Mit der beschriebenen Technologie ist die Herstellung von Gießkernen im Permeabilitätsbereich zwischen ca. 20 und 100 problemlos möglich. Die erreichbare Permeabilität wird dabei durch die Größe der formanisotropen Partikel und deren Volumenanteil in der Gesamtpulvermischung bestimmt. Bezüglich der Gleichfeldvorbelastbarkeit werden Werte um 0,3-0,35 T erreicht. Die Ummagnetisierungsverluste so hergestellter Bauelemente bewegen sich etwa auf dem gleichen Niveau wie permeabilitätsgleiche Ringkerne aus FeAlSi bzw. hoch nickelhaltigen NiFe-Legierungen. With the technology described is the production of Casting cores in the permeability range between approx. 20 and 100 possible without any problems. The achievable permeability is thereby by the size of the shape anisotropic particles and their Volume fraction determined in the total powder mixture. In terms of The constant field pre-load capacity is around 0.3-0.35 T reached. The magnetic reversal losses produced in this way Components are roughly on the same level as Permeable ring cores made of FeAlSi or high NiFe alloys containing nickel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the figures of the Drawing illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 ein induktives Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; FIG. 1 shows an inductor according to a first embodiment of the present invention in cross section;

Fig. 2 ein induktives Bauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform im Querschnitt; und FIG. 2 shows an inductor according to a second embodiment in cross section; and

Fig. 3 ein induktives Bauelement gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Fig. 3 shows an inductive component according to a third embodiment of the present invention in cross section.

Die Fig. 1 zeigt ein induktives Bauelement 10. Das induktive Bauelement 10 besteht aus einem weichmagnetischen Kern 11 und einer Wicklung 12, die aus relativ dickem Kupferdraht mit wenigen Windungen besteht. Die Wicklung kann dabei sowohl aus Runddraht als auch aus Flachdraht in ein- oder mehrlagiger Ausführung gefertigt werden. Besonders durch die Verwendung von Kupferflachdraht läßt sich durch den kompakteren Wicklungsaufbau bei konstanten Bauelementevolumen der Kupferquerschnitt des Drahtes erhöhen was wiederum zu einer Reduzierung der ohmschen Verluste in der Wicklung führt. Bei konstantem Wicklungswiderstand läßt sich durch diese Maßnahme umgekehrt entsprechend das Bauelementevolumen reduzieren. Fig. 1 zeigt das Bauelement 10 während der Herstellung. Das Bauelement 10 ist in eine Form 1a, die hier aus Aluminium besteht, eingebracht. Fig. 1 shows an inductive component 10. The inductive component 10 consists of a soft magnetic core 11 and a winding 12 , which consists of relatively thick copper wire with few turns. The winding can be made from both round wire and flat wire in one or more layers. The use of flat copper wire in particular enables the copper cross-section of the wire to be increased due to the more compact winding structure with constant component volume, which in turn leads to a reduction in the ohmic losses in the winding. If the winding resistance is constant, this measure can conversely reduce the component volume accordingly. Fig. 1 shows the device 10 during manufacture. The component 10 is introduced into a shape 1 a, which here consists of aluminum.

Die Fig. 2 zeigt ebenfalls ein induktives Bauelement 20, das aus einem weichmagnetischen Kern aus einem Pulververbundwerkstoff 21 besteht, in welchem ein Lagenwickel-Spulenkörper 22 eingebracht ist. Der Lagenwickel-Spulenkörper 22 ist an seinen Wicklungsenden mit Stiften 23 verbunden, die aus dem weichmagnetischen Kern 21 herausragen und zum Anschluss an eine Bodenplatte, beispielsweise eine Leiterplatte dienen. Das induktive Bauelement 20 in der Fig. 2 ist ebenfalls wie in der Fig. 1 während seiner Herstellung gezeigt. Das heißt, dass das induktive Bauelement 20 hier in der Form 1b gezeigt ist, in der Pulververbundwerkstoff vergossen wird. FIG. 2 also shows an inductive component 20 , which consists of a soft magnetic core made of a powder composite material 21 , in which a layer winding bobbin 22 is introduced. The layer winding bobbin 22 is connected at its winding ends to pins 23 which protrude from the soft magnetic core 21 and are used for connection to a base plate, for example a printed circuit board. The inductive component 20 in FIG. 2 is also as shown in FIG. 1 during its manufacture. This means that the inductive component 20 is shown here in the form 1 b, in which powder composite material is cast.

Die Fig. 3 zeigt ebenfalls wie die Fig. 1 und 2 ein induktives Bauelement. Das hier gezeigte induktive Bauelement 30 besteht aus einem weichmagnetischen Kern 31, aus einem Pulververbundwerkstoff, in den wiederum ein Lagenwickel- Spulenkörper 32 eingebracht ist. Der Lagenwickel-Spulenkörper 32 ist an seinen Wicklungsenden mit Anschlussstiften 33 verbunden, die aus der Form 1c, die gleichzeitig als Gehäuse 34 dient, ragen. The Fig. 3 also shows how the Fig. 1 and 2, an inductive component. The inductive component 30 shown here consists of a soft magnetic core 31 , made of a powder composite material, in which a layer winding bobbin 32 is in turn introduced. The layer winding bobbin 32 is connected at its winding ends with connecting pins 33 which protrude from the shape 1 c, which also serves as a housing 34 .

Als Ausgangsmaterial für den Pulververbundwerkstoff ist in den drei Ausführungsbeispielen eine der folgenden Pulvermischungen vorgesehen: The starting material for the powder composite is in the three embodiments one of the following Powder mixtures provided:

Example formulation 1 Casting cores with low permeability

Zur Herstellung eines Gießkernes im Permeabilitätsbereich um ca. 35-40 und einem Bauelementgewicht um 100 g läßt sich z. B. folgende Formulierung verwenden:
72 g vorgeglühtes und oberflächenisoliertes Pulver aus Fe₈₄Al₆Si₁₀ oder Ni₇₈Fe₁₈ mit einem mittleren Partikeldurchmesser von ca. 50 µm und sphärischer Form
21 g phosphatiertes Carbonyleisen
9 g Gießharzmischung To produce a casting core in the permeability range around 35-40 and a component weight around 100 g, z. B. Use the following wording:
72 g of preheated and surface-insulated powder made of Fe ₈₄ Al ₆ Si ₁₀ or Ni ₇₈ Fe ₁₈ with an average particle diameter of approx. 50 µm and spherical shape
21 g phosphated carbonyl iron
9 g cast resin mixture

Aus obiger Mischung lassen sich Gießkerne mit einer Permeabilität um ca. 40, einer Gleichfeldvorbelastbarkeit von ca. 0,35 T und Ummagnetisierungsverlusten von ca. 90-110 W/kg bei 100 kHz und Wechselaussteuerungen von 0,1 T herstellen Casting cores with a can be made from the above mixture Permeability around 40, a constant field preload of approx. 0.35 T and magnetic reversal losses of approx. 90-110 W / kg at 100 kHz and changeover levels of 0.1 T. produce

Example formulation 2 Casting cores with medium permeability

Zur Herstellung eines Gießkernes im Permeabilitätsbereich um ca. 60 und einem Bauelementgewicht um 100 g lässt sich z. B. folgende Formulierung verwenden:
16 g vorgeglühtes und oberflächenisoliertes Pulver aus Fe₈₄Al₆Si₁₀, Ni₇₈Fe₁₈ oder Fe_73,5Cu₁Nb₃Si_15,5B₇ mit einer mittleren Partikelgröße von 40-200 µm und einem Aspektverhältnis > 1,5
48 g vorgeglühtes und oberflächenisoliertes Pulver aus Fe₈₄Al₆Si₁₀ oder Ni₇₈Fe₁₈ mit einem mittleren Partikeldurchmesser von ca. 50 µm und sphärischer Form
21 g phosphatiertes Carbonyleisen
9 g Gießharzmischung For the production of a casting core in the permeability range around 60 and a component weight around 100 g. B. Use the following wording:
16 g preheated and surface insulated powder made of Fe ₈₄ Al ₆ Si ₁₀ , Ni ₇₈ Fe ₁₈ or Fe _73.5 Cu ₁ Nb ₃ Si _15.5 B ₇ with an average particle size of 40-200 µm and an aspect ratio> 1.5
48 g preheated and surface insulated powder made of Fe ₈₄ Al ₆ Si ₁₀ or Ni ₇₈ Fe ₁₈ with an average particle diameter of approx. 50 µm and spherical shape
21 g phosphated carbonyl iron
9 g cast resin mixture

Aus obiger Mischung lassen sich Gießkerne mit einer Permeabilität um ca. 65, einer Gleichfeldvorbelastbarkeit von ca. 0,30 T und Ummagnetisierungsverlusten von ca. 90-110 W/kg bei 100 kHz und Wechselaussteuerungen von 0,1 T herstellen Casting cores with a can be made from the above mixture Permeability around 65, a constant field preload of approx. 0.30 T and magnetization losses of approx. 90-110 W / kg at 100 kHz and changeover levels of 0.1 T. produce

Example formulation 3 Casting cores with higher permeability

48 g vorgeglühtes und oberflächenisoliertes Pulver aus Fe 48 g of preheated and surface-insulated powder Fe

₈₄₈₄

Alal

₆₆

SiSi

₁₀₁₀

, Ni, Ni

₂₈₂₈

FeFe

₁₈₁₈

oder Fe or Fe

_73,573.5

CuCu

₁₁

NbNb

₃₃

SiSi

_15,515.5

BB

₇₇

mit einer mittleren Partikelgröße von 40-200 µm und einem Aspektverhältnis > 1,5 with a average particle size of 40-200 µm and one Aspect ratio> 1.5

16 g vorgeglühtes und oberflächenisoliertes Pulver aus Fe 16 g of preheated and surface-insulated powder Fe

₈₄₈₄

Alal

₆₆

SiSi

₁₀₁₀

oder Ni or Ni

₇₈₇₈

FeFe

₁₈₁₈

mit einem mittleren Partikeldurchmesser von ca. 50 µm und sphärischer Form with a medium Particle diameter of approx. 50 µm and more spherical shape

21 g phosphatiertes Carbonyleisen 21 g phosphated carbonyl iron

9 g Gießharzmischung 9 g cast resin mixture

Aus obiger Mischung lassen sich Gießkerne mit einer Permeabilität um ca. 85, einer Gleichfeldvorbelastbarkeit von ca. 0,27 T und Ummagnetisierungsverlusten von ca. 90-110 W/kg bei 100 kHz und Wechselaussteuerungen von 0,1 T herstellen Casting cores with a can be made from the above mixture Permeability around 85, a constant field preload of approx. 0.27 T and magnetization losses of approx. 90-110 W / kg at 100 kHz and changeover levels of 0.1 T. produce

Es wird angemerkt, dass die vorstehenden Legierungspulvermischungen nur beispielhaften Charakter haben. Es sind eine große Fülle von anderen Legierungspulvermischungen als die oben aufgeführten Formulierungen möglich ist. It is noted that the above Alloy powder mixtures have only exemplary character. They are one great abundance of alloy powder mixtures other than that formulations listed above is possible.

Wie zu ersehen ist, wurden die formanisotropen Pulverpartikel, aufgrund ihrer Form auch Flakes genannt, zur Verbesserung ihrer dynamischen magnetischen Eigenschaften einer Wärme- und Oberflächenbehandlung unterzogen. Außerdem erfolgte zum Zwecke der Isolation die Behandlung der formisotropen Pulverpartikel mit Phosphorsäure, wodurch sich an deren Oberfläche elektrisch isolierendes Eisenphosphat bildet. As can be seen, the shape anisotropic Powder particles, also called flakes due to their shape, for Improve their dynamic magnetic properties one Subjected to heat and surface treatment. It also took place for the purpose of isolation the treatment of the form isotropic Powder particles with phosphoric acid, resulting in their Surface forms electrically insulating iron phosphate.

Die so vorbereiteten gemischten Legierungspulvermischungen wurden dann bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen in die Formen 1a bzw. 1b gefüllt. Die aus Aluminium bestehenden Formen 1a bzw. 1b wiesen an ihren Innenwandungen eine geeignete Trennbeschichtung auf, so dass es nicht zu einer erschwerten Entformung der induktiven Bauelemente 10 bzw. 20 kommen konnte. Danach wurden durch die Wicklungen 12 bzw. 22 elektrische Ströme geleitet, so dass die Pulverpartikel sich mit ihrer "langen Achse" parallel zu dem dabei entstehenden Magnetfeld, das ungefähr 12 A/cm betrug, ausrichteten. The mixed alloy powder mixtures prepared in this way were then filled into the molds 1 a and 1 b in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2. The forms 1 a and 1 b made of aluminum had a suitable separating coating on their inner walls, so that it was not possible for the inductive components 10 or 20 to be removed more easily. Thereafter, electrical currents were passed through the windings 12 and 22, respectively, so that the powder particles were aligned with their "long axis" parallel to the magnetic field that was created, which was approximately 12 A / cm.

Anschließend wurden bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen in die mit Legierungspulver befüllten Formen jeweils eine Gießharzformulierung eingefüllt. Subsequently, in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, a casting resin formulation was filled into the molds filled with alloy powder.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wurde eine thermoplastische Methacrylatformulierung eingefüllt. Diese thermoplastische Methacrylatformulierung hatte folgende Zusammensetzung:
100 g Methacrylsäuremethylester
2 g Methacryltrimethoxysilan
6 g Dibenzoylperoxid und
4,5 g N,N-Dimethyl-p-Toluidin In the embodiment shown in FIG. 1, a thermoplastic methacrylate formulation was filled in. This thermoplastic methacrylate formulation had the following composition:
100 g methyl methacrylate
2 g methacrylic trimethoxysilane
6 g of dibenzoyl peroxide and
4.5 g of N, N-dimethyl-p-toluidine

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wurde ebenfalls eine thermoplastische Methacrylatformulierung eingefüllt, wobei diese Methacrylatformulierung die folgende Zusammensetzung aufwies:
100 g Methacrylsäuremethylester
2 g Methacryltrimethoxysilan
10 g Diglycoldimethacrylat
6 g Dibenzoylperoxid und
4,5 g N,N-Dimenthyl-p-Toluidin In the embodiment shown in FIG. 2, a thermoplastic methacrylate formulation was also introduced, this methacrylate formulation having the following composition:
100 g methyl methacrylate
2 g methacrylic trimethoxysilane
10 g diglycol dimethacrylate
6 g of dibenzoyl peroxide and
4.5 g of N, N-dimenthyl-p-toluidine

In beiden Ausführungsformen wurden die vorstehenden chemischen Bestandteile nacheinander im Methacrylester gelöst. Die fertige Mischung war in beiden Fällen wasserklar und wurde dann in die Formen 1a und 1b gegossen. Die Gießharzformulierungen härteten in beiden Fällen bei Raumtemperatur innerhalb von ca. 60 min aus. Anschließend wurde eine Nachhärtung bei ca. 150c für eine weitere Stunde vorgenommen. In both embodiments, the above chemical components were sequentially dissolved in the methacrylic ester. The finished mixture was water-clear in both cases and was then poured into molds 1 a and 1 b. The cast resin formulations cured in about 60 minutes at room temperature in both cases. Subsequent curing was carried out at approx. 150c for another hour.

Beim Befüllen der Formen 1a bzw. 1b mit der Legierungspulvermischung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Formen 1a bzw. 1b während des Befüllens in Schwingungen zu versetzen, um damit die Legierungspulvermischung zu verdichten. Mit diesem Vorgehen konnten in beiden Fällen problemlos Volumenanteile von bis zu 70 Volumenprozent Legierungspulvermischung in dem Pulververbundwerkstoff erzielt werden. When filling the molds 1 a and 1 b with the alloy powder mixture, it has proven to be expedient to set the molds 1 a and 1 b in vibration during filling, in order to thereby compact the alloy powder mixture. With this procedure, volume proportions of up to 70 percent by volume of alloy powder mixture in the powder composite material could easily be achieved in both cases.

Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde eine warmhärtende thermoplastische Methacrylatformulierung verwendet, die die folgende Zusammensetzung hatte:
100 g Methacrylsäuremethylester
0,1 g 2,2'-Azo-Isobuttersäure-Dinitril In the embodiment shown in FIG. 3, a thermosetting thermoplastic methacrylate formulation was used, which had the following composition:
100 g methyl methacrylate
0.1 g 2,2'-azo-isobutyric acid dinitrile

Diese Gießharzformulierung wurde in die Form 1c, wie in der Fig. 3 gezeigt wird, eingefüllt und innerhalb von 15 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 50°C ausgehärtet. Da die Form 1c in der Fig. 3 als "verlorene Schalung" verwendet wird, das heißt anschließend nach dem Herstellungsvorgang als Gehäuse 34 für das induktive Bauelement diente, hat es sich hier besonders gut erwiesen, eine warmhärtende Gießharzformulierung zu verwenden, da dadurch eine besonders intensiver und guter Kontakt zwischen der aus Kunststoff bestehenden Form 1c und dem Pulververbundwerkstoff gelungen ist. This cast resin formulation was filled into mold 1 c, as shown in FIG. 3, and cured within 15 hours at a temperature of approximately 50 ° C. Since the form 1 c in FIG. 3 is used as "lost formwork", that is to say subsequently served as a housing 34 for the inductive component after the manufacturing process, it has proven particularly good here to use a thermosetting cast resin formulation, as a result of which a particularly intensive and good contact between the plastic form 1 c and the powder composite material was successful.

Anschließend wurde auch diese die Gießharzformulierung bei einer Temperatur von ungefähr 150°C für ca. eine Stunde nachgehärtet. Subsequently, this was also the cast resin formulation a temperature of about 150 ° C for about an hour cured.

Es wird angemerkt, dass die vorstehenden Gießharzformulierungen nur beispielhaften Charakter haben. Es sind eine große Fülle von anderen Gießharzformulierungen möglich, die auch chemisch anders vernetzt werden, als es in den oben aufgeführten Formulierungen der Fall war. It is noted that the above Cast resin formulations have only exemplary character. It's a big one Abundance of other cast resin formulations possible that too be chemically cross-linked differently than in the above wording was the case.

Der Vollständigkeit halber wird angemerkt, dass die oben genannten Formulierungen polymerisiert wurden und als Startersubstanzen Dibenzoylperoxid bzw. 2,2'-Azo-Isobuttersäure- Dinitril verwendet wurden. Es ist jedoch insbesondere auch möglich, ohne eine spezielle Startersubstanz auszukommen und Monomerbaussteine, das heißt chemische Agentien wie hier den Methacrylsäuremethylester, mit UV-Licht zu polymerisieren. Durch die Beimengungen von Methacrylmethoxisilan bzw. Diglycoldimethacrylat und anderen chemischen Substanzen kann die Zähigkeit bzw. die Schlagfestigkeit des entstehenden Pulververbundwerkstoffes eingestellt, insbesondere erhöht werden. For completeness, it is noted that the above formulations mentioned were polymerized and as Starter substances dibenzoyl peroxide or 2,2'-azo-isobutyric acid Dinitrile were used. However, it is particularly so possible without a special starter substance and Monomer building blocks, that is chemical agents like this one Methyl methacrylic acid to polymerize with UV light. Through the admixtures of methacrylic methoxysilane or Diglycoldimethacrylate and other chemical substances can Toughness or impact resistance of the resulting Powder composite material adjusted, in particular increased.

Bei der Verwendung von thermoplastischen Polyamiden können insbesondere Schmelzen aus ε-Caprolactam und Phenylisocyanat verwendet werden, so hat sich in weiteren Versuchen eine Schmelze aus 100 g ε-Caprolactam und 0,4 g Phenylisocyanat als geeignet erwiesen, welche bei 130°C miteinander vermischt wurde. Diese Schmelze wurde dann in eine auf 150°C vorgewärmte Form eingefüllt. Die Aushärtung des Caprolactams zu einem Polyamid erfolgte dann innerhalb von ungefähr 20 min. Eine Nachhärtung bei höheren Temperaturen war bei dieser Vorgehensweise in der Regel nicht erforderlich. When using thermoplastic polyamides can in particular melts from ε-caprolactam and phenyl isocyanate are used, so has in further experiments Melt from 100 g ε-caprolactam and 0.4 g phenyl isocyanate proven suitable at 130 ° C with each other was mixed. This melt was then in a to 150 ° C pre-warmed mold filled. The curing of caprolactam to a polyamide then took place within about 20 min. Post-curing at higher temperatures was this Procedure generally not required.

Statt eines Caprolactams kann selbstverständlich auch ein anderes Lactam, beispielsweise Laurinlactam mit einer entsprechenden Binderphase verwendet werden. Bei der Verarbeitung von Laurinlactam sind jedoch Prozesstemperaturen von über 170°C erforderlich. Instead of a caprolactam, one can of course also other lactam, for example laurolactam with one corresponding binder phase can be used. While processing of laurolactam, however, process temperatures are above 170 ° C required.

Neben den bisher beschriebenen thermoplastischen Binderharzformulierungen ist natürlich auch der Einsatz von Reaktionsharzen, die duroplastische Formstoffe liefern denkbar. Insbesondere ist hier der Einsatz von zweikomponentigen heißhärtenden Epoxydharzen möglich. Ein Gießharz aus dieser Gruppe hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:
100 g Cycloaliphatisches Epoxydharz mit einem Molekulargewicht < 700 g/mol, einem Epoxydgehalt von 5,7-6,5 Äquiv./kg und einer Viskosität < 800 mPas
100 g Säureanhydridhärter mit einem Molekulargewicht < 700 g/mol, einem Wasserstoffäquivalentgewicht zwischen 145 und 165 und einer Viskosität < 100 mPas
2,5 g Beschleuniger (Aminbasis) In addition to the thermoplastic binder resin formulations described so far, it is of course also conceivable to use reactive resins that deliver thermosetting molding materials. In particular, the use of two-component thermosetting epoxy resins is possible. A casting resin from this group has the following composition, for example:
100 g cycloaliphatic epoxy resin with a molecular weight <700 g / mol, an epoxy content of 5.7-6.5 equiv. / Kg and a viscosity <800 mPas
100 g acid anhydride hardener with a molecular weight <700 g / mol, a hydrogen equivalent weight between 145 and 165 and a viscosity <100 mPas
2.5 g accelerator (amine base)

Aus den vorstehend genannten Einzelkomponenten wird das Vergußharz durch Vermischen bei Raumtemperatur hergestellt. Zur Verarbeitung wird die Mischung auf Temperaturen um 80 ± 10°C erwärmt. Dadurch verringert sich die Viskosität der Mischung auf Werte < 20 mPas. Zur Aushärtung von, aus dieser Mischung hergestellten Bauelementen erfolgt eine Erwärmung auf Temperaturen von ca. 150°C für eine Zeitdauer von ca. 30 Minuten. From the individual components mentioned above that Casting resin made by mixing at room temperature. to The mixture is processed at temperatures around 80 ± 10 ° C heated. This reduces the viscosity of the mixture to values <20 mPas. For curing, from this mixture produced components is heated up Temperatures of approx. 150 ° C for a period of approx. 30 minutes.

Mit den vorstehend beschriebenen Gießharzformulierungen wurden induktive Bauelemente mit weichmagnetischen Kernen aus ferromagnetischen Pulververbundwerkstoffen hergestellt, die Ummagnetisierungsverluste zeigen, wie permeabilitätsgleiche Ringkerne aus FeAlSi bzw. hoch nickelhaltigen NiFe- Legierungen. Die erreichbare Permeabilität von ca. 20 und 100 wird dabei durch die Größe der formanisotropen Partikel und deren Volumenanteil in der Gesamtpulvermischung bestimmt. Bezüglich der Gleichfeldvorbelastbarkeit werden Werte um 0,3-0,35 T erreicht. With the cast resin formulations described above inductive components with soft magnetic cores manufactured ferromagnetic powder composites that Magnetic reversal losses show how permeability equals Ring cores made of FeAlSi or high nickel NiFe Alloys. The achievable permeability of approx. 20 and 100 is determined by the size of the shape anisotropic particles and their volume fraction in the total powder mixture determined. With regard to the constant field preload, values are changed by 0.3-0.35 T reached.

Claims

1. Inductive component ( 10 ; 20 ; 30 ) with at least one winding ( 12 ; 22 ; 32 ) and a soft magnetic core ( 11 ; 21 ; 31 ) made of a ferromagnetic powder composite material, characterized in that the ferromagnetic powder composite material contains an alloy powder mixture of alloy powders has shape-anisotropic and shape-isotropic powder particles and a casting resin.

2. Inductive component according to claim 1, characterized in that the alloy powder mixture has a coercive field strength of less than 150 mA / cm, a saturation magnetostriction and a crystal anisotropy of approximately zero, a saturation induction> 0.7 T and a specific electrical resistance of greater than 0.4 ohm have mm ² / m.

3. Inductive component according to claim 1 or 2, characterized, that shape anisotropic powder particles amorphous, nanocrystalline or include crystalline alloys.

4. Inductive component according to claim 1 or 2, characterized, that shape anisotropic powder particles have an elliptical shape have an aspect ratio greater than 1.5.

5. Inductive component according to one of claims 1 to 4, characterized, that shape anisotropic powder particles have a particle diameter have from 30 to 200 microns.

6. Inductive component according to one of claims 1 to 5, characterized, that shape-isotropic powder particles are surface-insulated.

7. Inductive component according to one of claims 1 to 6, characterized, that the alloy powder mixture in addition to the anisotropic Alloy powder has two form-isotropic alloy powders, of which an alloy powder contains coarse particles with a Particle diameter from 30 to 200 µm and the other Alloy powder fine particles with a particle diameter of less than 10 µm having.

8. Inductive component according to claim 7, characterized in that the proportion of alloy powder with shape-anisotropic particles 5 to 65 volume percent, of alloy powder with coarse shape-isotropic particles 5 to 65 volume percent and of alloy powder with fine shape-isotropic particles is 25 to 30 volume percent of the alloy powder mixture.

9. Inductive component according to one of claims 1 to 8, characterized, that shape-isotropic powder particles contain carbonyl iron.

10. Inductive component according to one of claims 1 to 9, characterized, that shape anisotropic powder particles FeSi alloys and / or FeAlSi alloys and / or FeNi alloys and / or amorphous or contain nanocrystalline Fe or Co-based alloys.

11. Inductive component according to one of claims 1 to 10, characterized, that the casting resin has a viscosity of less than 50 mPas uncured condition and a permanent turning temperature of more than 150 ° C in the cured state.

12. Inductive component according to claim 11, characterized, that at least one resin from the group of Epoxies, the epoxidized polyurethanes and the Methyl acrylate ester is provided.

13. Inductive component according to one of claims 1 to 12, characterized in that the proportion of the alloy powder mixture is 70 to 75 volume percent and the proportion of the casting resin is 25 to 30 volume percent of the powder composite.

14. Inductive component according to one of claims 1 to 13, characterized, that the powder composite is an addition of Contains flow aids.

15. Inductive component according to one of claims 1 to 14, characterized in that the inductive component ( 30 ) has a housing ( 34 ).

16. A method for producing an inductive component according to one of claims 1 to 15, characterized by the following steps:

a) providing a mold ( 1 a; 1 b; 1 c), an alloy powder mixture and a cast resin formulation;

b) filling the mold ( 1 a; 1 b; 1 c) with the alloy powder mixture;

c) filling the cast resin formulation into the mold ( 1 a; 1 b; 1 c); and

d) curing the cast resin formulation.

17. A method for producing an inductive component according to one of claims 1 to 15, characterized by the following steps:

b) mixing the alloy powder mixture and the cast resin formulation into a cast resin powder formulation;

c) filling the cast resin powder formulation into the mold ( 1 a; 1 b; 1 c); and

d) curing the cast resin powder formulation.

18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that a with ( 1 ; 1 b; 1 c) provided with at least one winding ( 12 ; 22 ; 32 ) made of round or profile wire is provided.

19. The method according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the shape ( 1 c) is used as a housing ( 34 ) of the inductive component ( 30 ).

20. The method according to any one of claims 16 to 19, characterized, that a cast resin formulation consisting of Polymer building blocks and a polymerization initiator is used.

21. The method according to claim 20, characterized, that used as a polymer building block methacrylic acid methyl ester becomes.

22. The method according to claim 21, characterized, that used as the polymerization initiator dibenzoyl peroxide becomes.

23. The method according to claim 21, characterized, that as the polymerization initiator 2,2'-azo-isobutyric acid Dinitrile is used.

24. The method according to any one of claims 16 to 23, characterized, that the powder particles during and / or after filling the form with the alloy powder by applying a Magnetic field are aligned.

25. The method according to claim 24, characterized in that the magnetic field is applied by energizing the winding ( 12 ; 22 ; 32 ).

26. The method according to claim 24 or 25, characterized, that a magnetic field with a field strength greater than 10 A / cm is created.

27. The method according to any one of claims 16 to 26, characterized, that after filling the mold with alloy powder mixture, Cast resin formulation or cast resin powder formulation by Shaking a compaction or sedimentation of the Alloy powder mixture takes place.